Jesús Olivero-Verbel1, Karina Caballero-Gallardo1, Beatriz Jaramillo-Colorado1
Elena Stashenko2
1. Grupo de Química Ambiental y Computacional (GQAC). Universidad de Cartagena. ]]>
2. Centro Nacional de Investigaciones para la Agroindustrialización de Especies Vegetales Aromáticas Medicinales Tropicales –RESUMEN
Objetivo: El objetivo de este estudio fue evaluar la actividad repelente de tres aceites esenciales (AE) y un repelente comercial frente a la especie Tribolium castaneum, Herbst, una de las principales plagas de cereales y productos almacenados. Materiales y métodos: La actividad repelente fue medida utilizando el método de área de preferencia, además fue determinada la concentración de aceite esencial capaz de repeler el 50% de los insectos (CR50). La prueba T pareada fue utilizada para encontrar diferencias significativas entre el número de insectos presentes en las áreas tratadas y no tratadas. Resultados: Todos los AEs mostraron actividad repelente contra T. castaneum, y la magnitud del efecto fue dependiente de la concentración utilizada. Los AE con mayor repelencia fueron los extraídos de Lippia origanoides y Citrus sinensis, mientras que el aceite con menor actividad fue el de Cymbopogon nardus. Discusión: Aunque en términos de CR50 el AE de C. nardus mostró actividad repelente inferior a la de L. origanoides y C. sinensis, el primero presentó una eficacia superior a la del producto comercial IR3535. Estos AEs han mostrado propiedades repelentes frente a organismos diferentes a T. castaneum, lo cual sugiere que su espectro de acción es amplio. Conclusiones: Los resultados han demostrado que los AEs de la flora colombiana son una fuente importante de repelentes, por lo que podrían ser usados para el control biológico de insectos. Salud UIS 2009; 41: 244-250
Palabras Claves: Actividad repelente, aceites esenciales, insectos, Tribolium castaneum. Herbst,
Colombia
ABSTRACT
Objective: The aim of this study was to evaluate the repellent activity of three essential oils (EO), and a commercial repellent against species Tribolium castaneum Herbst, a major pest of grain and stored products. Materials and methods: The repellent activity was measured using the area of preference method, as well as the concentration of essential oil that is capable of repelling 50% of the insects (RC50). A paired T test was used to find significant differences between the number of insects present in the treated and untreated areas. Results: All EOs showed repellent activity against T. castaneum, and the magnitude of the effect was dose-dependent. The AE with the highest repellence were those extracted from Lippia origanoides and Citrus sinensis, whereas the one with the lowest activity was that from Cymbopogon nardus. Discussion: Although in terms of RC50 the EO from C. nardus showed repellent activity lower than those registered for L. origanoides and C. sinensis, the first had a greater efficacy than that showed by the commercial product IR3535. These EOs have shown repellent properties against organism different from T. castaneum, suggesting that they have a wide spectrum of action. Conclusions: The results have shown that EOs from Colombian flora are an important source of repellents, which could be used for biological control of insects. Salud UIS 2009; 41: 244-250.
Keywords: Repellent activity, essential oils, insects, Tribolium castaneum. Herbst, Colombia
INTRODUCCIÓN
El aumento continuo de la población humana ha creado un reto importante a la industria de alimentos, la cual debe desarrollar una adecuada gestión de los granos almacenados y otros productos agrícolas, no sólo para evitar su escasez, sino para proveer productos que protejan la salud humana. Los artrópodos afectan directamente la producción de alimentos mediante la reducción de la calidad y cantidad de la cosecha producida, o indirectamente al servir como vectores de las enfermedades de las plantas, lo que genera un impacto en la economía, siendo estos responsables de la pérdida de entre un 10 - 40% de los granos almacenados en todo el mundo1.
Para el control de las plagas en la gestión de los granos almacenados y otros productos agrícolas, la utilización de diferentes insecticidas sintéticos es la herramienta empleada con mayor frecuencia. Sin embargo, el uso de los mismos para controlar plagas ha llevado a varios efectos adversos, incluyendo la contaminación del agua y el suelo, eliminación de insectos benéficos y toxicidad para las especies expuestas y los consumidores2-6. Además, los insectos han adquirido resistencia contra la mayoría de estos plaguicidas sintéticos3,7, y la eficacia de estos últimos contra las plagas de granos almacenados suele variar mucho después del tratamiento8. De igual manera, el uso incontrolado de estos insecticidas sintéticos causa gran riesgo para el medio ambiente y sus residuos pueden afectar a los consumidores. Por lo tanto, existe una urgente necesidad de desarrollar alternativas de bajo costo que sean seguras y convenientes para el ecosistema, además de eficaces en el control de las plagas. En este sentido, los esfuerzos investigativos están siendo orientados hacia el desarrollo de productos derivados de plantas, con utilidad potencial como bioinsecticidas9, en particular dada la baja predisposición de los extractos vegetales a generar fenómenos de resistencia en los organismos. Así mismo, en comparación con compuestos sintéticos, los bioinsecticidas pueden ser degradados con mayor rapidez en el ambiente10. Dentro de estos productos naturales, los aceites esenciales (AE) extraídos de diversas especies vegetales han sido ampliamente estudiados con el objetivo de evaluar sus propiedades repelentes, como una valiosa fuente natural. De hecho, muchos productos vegetales han sido evaluados para sus propiedades tóxicas contra diferentes plagas de grano almacenado11,12, especialmente los AEs13,14.
Los AE son una mezcla compleja de compuestos orgánicos volátiles, algunos de ellos con actividad atrayente o repelente de insectos15,16. Aunque la lista es inmensa, algunos de los AEs promisorios como repelentes son los obtenidos de Cymbopogon spp, Ocimum spp. y Eucalyptus spp., entre otras especies. Dentro de los compuestos presentes en estas mezclas con alta actividad repelente están: el α-pineno, eugenol, limoneno, terpineol, citronelol, citronelal, alcanfor y timol17-20. Desde el punto de vista económico, los productos sintéticos aún son utilizados con mayor frecuencia como repelentes que los AEs, las posibilidades a futuro son prometedoras, ya que estos tienen potencial para proporcionar productos repelentes eficientes y seguros para las personas y el medio ambiente21,22.
]]> Entre los insectos de mayor cuidado en el almacenamiento de cereales y otros productos está el escarabajo rojo de la harina, Tribolium castaneum, Herbst, cuyo ciclo de vida aparece en la Figura 1. Esta especie es una de las principales plagas de la harina de trigo en grano23. Para su control han sido empleados varios productos sintéticos, para los cuales se han reportado efectos adversos en animales expuestos y humanos24. De igual forma, extractos botánicos y AEs también han sido utilizados con éxito en el control de este insecto25,26.En virtud de la amplia distribución de plantas aromáticas en Colombia, y que eventualmente podrían ser empleadas como biopesticidas, en este estudio fue evaluada la acción repelente de los AEs de tres especies vegetales cultivadas en el país frente a T. castaneum.
MATERIALES Y MÉTODOS
Insectos de la especie T. castaneum
Para los bioensayos fue utilizada una cepa de Tribolium castaneum Herbst (Coleoptera: Tenebrionidae), conocida comúnmente como gorgojo de la harina, la cual fue obtenida de avena infestada por el gorgojo en locales comerciales del mercado municipal de la ciudad de Cartagena, Bolívar. En el laboratorio la cepa es cultivada en recipientes de vidrio cubiertos por una malla de plástico, la cual contiene harina de avena como sustrato y alimento, y mantenida bajo condiciones controladas de luminosidad (fotoperíodos de 10:14 h, luz: oscuridad), temperatura de 26±2 °C, y humedad relativa de 70-85%. Para los ensayos fueron seleccionados organismos adultos.
Obtención de aceites esenciales
Para la realización de los ensayos fueron utilizados los aceites esenciales de Cymbopogon nardus, Lippia origanoides y Citrus sinensis, los cuales fueron obtenidos por hidrodestilación de cultivos desarrollados en el CENIVAM, de la Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, siendo depositados especímenes de estas plantas en el herbario del centro con los vouchers CENIVAM-454, CENIVAM-009 y CENIVAM-455, respectivamente.
Los aceites fueron almacenados bajo congelación a una temperatura aproximada de -4°C hasta su utilización para la realización de los experimentos.
Determinación de la actividad repelente. ]]>
La actividad repelente de los aceites esenciales y un repelente comercial contra T. castaneum fue evaluada utilizando el ensayo de área de preferencia27. En este método, los organismos son colocados en el interior de una caja de Petri que contiene un papel de filtro cortado por la mitad, colocando sobre una de las secciones la solución a evaluar (AEs) y sobre la otra el respectivo vehículo (acetona). Los aceites esenciales fueron disueltos en acetona y las soluciones dispuestas en la sección correspondiente del papel de filtro, aplicando volúmenes iguales para generar concentraciones de 0,00002, 0,0002, 0,002, 0,02 y 0,2 μL/cm2. Como control positivo fue utilizado una formulación repelente comercial (Stay off), la cual contiene como ingrediente activo etilbutilacetilaminopropionato (IR3535) al 15%. Por su naturaleza química, seguridad y baja toxicidad, este compuesto es considerado como un bioplaguicida (biopesticide, en inglés)28. El experimento es iniciado al agregar en la parte central de cada caja de Petri un total de 20 adultos de T. castaneum, contando los organismos presentes en cada mitad luego de 2 y 4 horas de exposición. El porcentaje de repelencia (PR) para un determinado tiempo de exposición fue calculado empleando la siguiente fórmula: PR = [(Nc - Nt) / (Nc / Nt)] 100x, donde NC y Nt son el número de insectos en las áreas control (acetona) y tratadas, respectivamente. Cada concentración de aceite esencial es evaluada por quintuplicado y los experimentos son repetidos dos veces.Análisis de los datos.
Los resultados son presentados como la media del porcentaje de repelencia ± error estándar (X ± SE). El número promedio de insectos presentes en cada mitad del papel filtro fue comparada mediante la prueba T-pareada. El signo obtenido en el cálculo de PR fue empleado para cualificar la acción repelente (positivo) o atrayente (negativo) del aceite esencial. En todos los casos, la distribución normal y la homogeneidad de varianzas fueron evaluadas previamente utilizando los test de Kolmogorov-Smirnov y Bartlett, respectivamente. Con el fin de determinar la relación concentración-respuesta, para cada aceite fue calculada la concentración repelente media (CR50), es decir, la concentración de aceite esencial capaz de repeler el 50% de los insectos, al igual que sus respectivos intervalos de confianza al 95%, empleando el análisis Probit29. Los procedimientos estadísticos se realizaron con el software Graphpad Instat, empleando un valor de P<0.05 como criterio de significancia estadística.
RESULTADOS
Los resultados de la actividad repelente de los tres aceites esenciales y el repelente comercial contra la especie T. castaneum son mostrados en la Tabla 1. De los tres aceites esenciales evaluados, sólo el obtenido a partir de Cymbopogon nardus presentó actividad atrayente a las dos concentraciones más bajas ensayadas, presentando valores similares (entre -14% y -24%) a ambos tiempos de exposición. No obstante, este mismo aceite presentó la mejor actividad repelente a la concentración más alta (0,2 μL/cm2) luego de 2 horas de exposición, con un porcentaje de repelencia del 96%. Por su parte, el aceite esencial de Lippia origanoides mostró una actividad repelente similar al de C. nardus (94%) cuando los organismos fueron expuestos por 2 horas, aunque luego de 4 horas el porcentaje de repelencia fue ligeramente mayor. Es de interés anotar que la repelencia generada tanto por los aceites como por el producto comercial no presentó diferencias significativas cuando fueron comparados los dos tiempos de exposición. Así mismo, en todos los casos, la variabilidad en los datos de repelencia fue mayor para las tres concentraciones de aceite esencial más diluidas (Tabla 1).
De acuerdo con los valores de CR50, la capacidad repelente de los aceites esenciales evaluados decrece en el orden Lippia origanoides > Citrus sinensis > Cymbopogon nardus, siendo los mismos comparativamente menores a los observados para el repelente comercial.
DISCUSIÓN
Es ampliamente conocido que multitud de especies vegetales generan aceites esenciales con actividad insecticida y/o repelente21,22. En Colombia, uno de los países con mayor biodiversidad, estos productos podrían ser utilizados en el control de diversos organismos perjudiciales para la industria de alimentos, entre los que el Tribolium castaneum, constituye uno de los más destacados en virtud de su elevado impacto económico sobre las harinas, cereales, pastas, galletas y nueces, entre otros23. Aunque para el control de estos organismos están disponibles varios productos químicos sintéticos, uno de los argumentos en contra de su utilización es la baja selectividad y frecuente aparición de efectos nocivos en las personas que los usan24. En el presente estudio, la actividad repelente de aceites esenciales de tres plantas cultivadas en Colombia fueron evaluados contra T. castaneum, y los resultados han demostrado que estos aceites tienen tan buenas o mejores propiedades repelentes que el producto comercial IR3535.
El aceite esencial de L. origanoides presentó la mejor capacidad repelente entre los tres evaluados, con valores de CR50 al menos cinco veces inferiores a los registrados para IR3535. Este hecho posiciona a este aceite esencial como candidato promisorio para ser utilizado en la formulación de productos repelentes contra insectos.
Las plantas del género Cymbopogon han sido tradicionalmente utilizadas para repeler mosquitos en regiones selváticas como el Amazonas Boliviano30, y de hecho, es fuente de repelentes naturales con amplia popularidad mundial31. Aunque diversos extractos y aceites esenciales aislados de este género se han evaluado frente a distintas clases de artrópodos, la especie examinada en este estudio, C. nardus, no ha sido previamente reportada como repelente frente a T. castaneum.
]]> Por otra parte, el aceite esencial de naranja (C. sinensis) también presentó buenas propiedades repelentes en términos de CR50. Sin embargo, a diferencia de los aceites esenciales de C. nardus y L. origanoides, su eficacia fue levemente menor (% máximo de repelencia 78±7%), aunque con valores comparativos a los obtenidos para el producto comercial. El control de plagas por parte de este aceite esencial es bastante conocido, como quiera que ha sido empleado para inhibir la reproducción del escarabajo Acanthoscelides obtectus (Say) (Coleoptera: Bruchidae)32, y utilizado como repelente contra adultos de mosca blanca (Trialeurodes vaporariorum West)33. La diversidad de acción reportada para los aceites esenciales utilizados en este trabajo denota su gran versatilidad, y un espectro amplio de acción para el control de plagas.Al comparar los porcentajes de repelencia obtenidos a las 2 y 4 horas de exposición, no fueron encontradas diferencias estadísticamente significativas. Sin embargo, existe una leve tendencia a la disminución de la actividad repelente con el aumento del tiempo de exposición, hecho que puede ser atribuido a la alta volatilidad de los metabolitos presentes en los aceites esenciales.
Estos resultados demuestran que los aceites esenciales extraídos de plantas aromáticas cultivadas en Colombia son una fuente potencial de repelentes contra la especie T. castaneum, los cuales en un futuro podrían ser utilizados como ingredientes en la elaboración de repelentes comerciales para insectos de almacenamiento.
CONCLUSIONES
Los aceites esenciales de Cymbopogon nardus, Citrus sinensis y Lippia origanoides poseen similar o mejor capacidad repelente que el producto comercial IR3535 contra Tribolium castaneum. La actividad repelente de los aceites esenciales tiende a disminuir con el tiempo de exposición, aunque para períodos de 2 y 4 horas, las diferencias no son significativas. Los aceites esenciales de la flora colombiana son una fuente potencial de repelentes contra T. castaneum, por lo que podrían ser empleados para su control.
AGRADECIMIENTOS
El presente trabajo de investigación fue realizado gracias al apoyo del CENIVAM (proyecto RC 432-2004) y al Grupo de Química Ambiental y Computacional de la Universidad de Cartagena.
CONFLICTOS DE INTERES
Ninguno.
REFERENCIAS
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